DE102014212505A1

DE102014212505A1 - Diversified antenna system for vehicle-to-vehicle or vehicle-to-infrastructure communication

Info

Publication number: DE102014212505A1
Application number: DE102014212505.7A
Authority: DE
Inventors: Richard Owen; Christian Morhart
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US20150380807A1; US10205249B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein diversifiziertes Antennensystem (501) zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation. Das Antennensystem weist eine erste Antennenanordnung (502) und eine Richtantennenanordnung (503) auf, wobei die erste Antennenanordnung einen Blindbereich (106) aufweist, aus dem sie kein Signal empfangen kann, wobei die Richtantennenanordnung zum Empfang von Signalen aus dem Blindbereich der ersten Antennenanordnung ausgeführt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (100) mit einem solchen Antennensystem sowie ein Verfahren zur Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturen.The invention relates to a diversified antenna system (501) for vehicle-to-vehicle communication. The antenna system comprises a first antenna arrangement (502) and a directional antenna arrangement (503), the first antenna arrangement having a blind area (106) from which it can not receive a signal, the directional antenna arrangement for receiving signals from the dummy area of the first antenna arrangement is. Moreover, the invention relates to a vehicle (100) with such an antenna system and to a method for communication between vehicles or between vehicles and infrastructures.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein diversifiziertes Antennensystem zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation. Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Antennensystem sowie ein Verfahren zur Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturen.The present invention relates to a diversified antenna system for vehicle-to-vehicle communication. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such an antenna system and a method for communication between vehicles or between vehicles and infrastructures.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation) gewinnt zunehmend an Bedeutung. Über derartige Kommunikationspfade senden Fahrzeuge Informationen, zum Beispiel über Geschwindigkeit, Position und Warnmeldungen, an andere Teilnehmer oder Infrastruktureinrichtungen, wie Ampelanlagen oder Leitsysteme. Vehicle-to-X communication (vehicle-to-vehicle or vehicle-to-infrastructure communication) is becoming increasingly important. Via such communication paths vehicles transmit information, for example about speed, position and warning messages, to other subscribers or infrastructure facilities, such as traffic lights or control systems.

Für den Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen und den Infrastrukturen ist die Signalübertragungsqualität der Radiofrequenz-Kommunikation wichtig, welche allerdings durch Barrieren im Signalpfad negativ beeinflusst werden kann. Schwierigkeiten können sich zudem durch metallische Karosserieteile ergeben. The signal transmission quality of the radio frequency communication is important for the data exchange between the vehicles and the infrastructures, which, however, can be adversely affected by barriers in the signal path. Difficulties can also result from metallic body panels.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Vor diesem Hintergrund kann es als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ein Fahrzeugantennensystem bereitzustellen, welches eine gute Signalqualität bei einfachem Aufbau bereitstellt.Against this background, it can be considered to provide an automotive antenna system which provides good signal quality with a simple structure as an object of the present invention.

Diese Aufgabe wird durch ein Antennensystem sowie einem Fahrzeug und einem Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen und nebengeordneten Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.This object is achieved by an antenna system and a vehicle and a method according to the features of the independent and independent claims. Exemplary embodiments are evident from the dependent claims and the following description.

Gemäß der Erfindung weist das diversifizierte Antennensystem zur Fahrzeug-zu-Infrastruktur- oder Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation eine erste Antennenanordnung und eine Richtantennenanordnung auf, wobei die erste Antennenanordnung zum Senden und/oder Empfangen von Signalen an bzw. von anderen Fahrzeugen und Infrastrukturen ausgeführt ist. Die erste Antennenanordnung weist einen Blindbereich auf, aus dem sie kein Signal empfangen und in welchem sie kein Signal senden kann, wobei die Richtantennenanordnung zum Senden und/oder Empfangen von Signalen in bzw. aus dem Blindbereich der ersten Antennenanordnung ausgeführt ist.According to the invention, the diversified antenna system for vehicle-to-infrastructure or vehicle-to-vehicle communication comprises a first antenna array and a directional antenna array, the first antenna array for transmitting and / or receiving signals to and from other vehicles and infrastructures is executed. The first antenna arrangement has a blind area from which it can not receive a signal and in which it can not transmit a signal, the directional antenna arrangement being designed for transmitting and / or receiving signals to and from the dummy area of the first antenna arrangement.

Die erste Antennenanordnung kann beispielsweise eine oder mehrere Rundstrahlantennen und/oder Richtantennen aufweisen. Der Blindbereich ist derjenige Raumbereich, in dem die erste Antennenanordnung die Signale nicht oder nur eingeschränkt senden und/oder empfangen kann, beispielsweise, da dieser Bereich von der ersten Antennenanordnung aus gesehen durch das Fahrzeug verdeckt wird, also abgeschattet ist. The first antenna arrangement can have, for example, one or more omnidirectional antennas and / or directional antennas. The blind area is that area in which the first antenna arrangement can not or only partially transmit and / or receive the signals, for example, since this area is covered by the vehicle as seen from the first antenna arrangement, ie is shadowed.

Die Richtantennenanordnung ist derart ausgeführt und nach Installation angeordnet, dass sie die Signale in/aus dem Blindbereich senden und/oder empfangen kann. Bei Bedarf kann eine Richtantennenanordnung eine oder mehrere Richtantennen aufweisen, die gleiche oder unterschiedliche Richtcharakteristiken haben. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn aufgrund von Designvorgaben einerseits und aufgrund von aerodynamischen Überlegungen der Gestaltung andererseits der Blindbereich der ersten Antennenanordnung durch lediglich eine Richtantenne nicht abgedeckt werden kann. Je nach Anwendungsfall kann der Öffnungswinkel einer Richtantenne bis zu etwa 180° betragen, wobei im Folgenden als Öffnungswinkel der Winkelbereich betrachtet werden soll, innerhalb dessen der relative Antennengewinn im Vergleich zur Hauptstrahlrichtung um nicht mehr als 3 dB abgefallen ist. Alternative Interpretationen sind eine Definition des Öffnungswinkels als 1 dB bzw. 10 dB Abfall des Antennengewinns zum Maximalwert.The directional antenna array is configured and arranged after installation to send and / or receive the signals to / from the blind area. If necessary, a directional antenna arrangement may comprise one or more directional antennas having the same or different directional characteristics. This is particularly important if, due to design specifications on the one hand and due to aerodynamic considerations of the design on the other hand, the blind area of the first antenna array can not be covered by only one directional antenna. Depending on the application, the opening angle of a directional antenna can be up to about 180 °, wherein the angular range is to be considered below as the opening angle, within which the relative antenna gain has dropped by no more than 3 dB compared to the main beam direction. Alternative interpretations are a definition of the aperture angle as 1 dB or 10 dB decrease of the antenna gain to the maximum value.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Antennenanordnung einen Abstand zur Richtantennenanordnung auf, der größer als ein Vielfaches der Wellenlänge der Signale ist, welche von dem Antennensystem zu senden und/oder zu empfangen sind.According to an exemplary embodiment of the invention, the first antenna arrangement is at a distance from the directional antenna arrangement that is greater than a multiple of the wavelength of the signals to be transmitted and / or received by the antenna system.

Als Abstand zwischen der ersten Antennenanordnung und der Richtantennenanordnung kann ein größtmöglicher Abstand gewählt werden Beispielsweise kann der Abstand zwischen einigen Zentimetern und der kompletten Fahrzeuglänge betragen. Für den Fall, dass die Richtantennenanordnung bzw. die erste Antennenanordnung zwei oder mehrere Antennen aufweist, kann auch vorgesehen sein, einen maximal möglichen Abstand zwischen den Richtantennen zu wählen. Dadurch wird es ermöglicht, ein möglichst vollständiges, den gesamten Winkelbereich von 360° abdeckendes Signal zu empfangen und/oder zu senden. The distance between the first antenna arrangement and the directional antenna arrangement can be as large as possible. For example, the distance may be between a few centimeters and the complete vehicle length. In the event that the directional antenna arrangement or the first antenna arrangement comprises two or more antennas, it may also be provided to select a maximum possible distance between the directional antennas. This makes it possible to receive and / or send as complete as possible, covering the entire angular range of 360 ° signal.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Richtantennenanordnung einen Sende- und/oder Empfangsbereich auf, wobei der Sende- und/oder der Empfangsbereich der Richtantennenanordnung im Wesentlichen einer Größe des Blindbereiches der ersten Antennenanordnung entspricht und eine Kombination des Richtdiagramms der ersten Antennenanordnung mit dem Richtdiagramm der Richtantennenanordnung ein omnidirektionales Richtdiagramm ergibt.According to an exemplary embodiment of the invention, the directional antenna arrangement has a transmitting and / or receiving area, wherein the transmitting and / or receiving area of the directional antenna arrangement substantially corresponds to a size of the blind area of the first antenna arrangement and a combination of the Directional diagram of the first antenna array with the directional diagram of the directional antenna array results in an omnidirectional radiation pattern.

Das Richtdiagramm, auch als Strahlungsdiagramm bezeichnet, ist die zeichnerische Darstellung eines Schnittes durch die Richtcharakteristik, die durch den Ursprung und das Strahlungsmaximum geht. Während eine Rundstrahlantenne möglichst gleichmäßige Abstrahlung in alle Richtungen innerhalb einer Ebene aufweist, erzeugt eine Richtantenne eine Bündelung der Strahlung in einer Vorzugsrichtung. The directional diagram, also referred to as a radiation diagram, is the graphic representation of a section through the directional characteristic, which goes through the origin and the radiation maximum. While an omnidirectional antenna has the most uniform possible radiation in all directions within a plane, a directional antenna generates a bundling of the radiation in a preferred direction.

Die Richtantennenanordnung sollte derart angeordnet sein, dass der Sende- und/oder Empfangsbereich der Richtantennenanordnung im Wesentlich einer Größe des Blindbereiches der ersten Antennenanordnung entspricht. Mit anderen Worten sollte zum einen das Strahlungsfeld der Richtantennenanordnung den Blindbereich der ersten Antennenanordnung abdecken als auch sich mit dem Strahlungsfeld der ersten Antennenanordnung möglichst wenig überlagern. The directional antenna arrangement should be arranged such that the transmitting and / or receiving area of the directional antenna arrangement substantially corresponds to a size of the blind area of the first antenna arrangement. In other words, on the one hand the radiation field of the directional antenna arrangement should cover the blind area of the first antenna arrangement and should overlap as little as possible with the radiation field of the first antenna arrangement.

Eine Überlagerung der Strahlungsfelder der Richtantennenanordnung und der ersten Antennenanordnung kann sowohl zu konstruktiven als auch zu destruktiven Überlagerungen führen. Bei destruktiven Überlagerungen kann es erforderlich sein, die Signalqualität durch ein kompliziertes Verfahren wiederherzustellen. A superimposition of the radiation fields of the directional antenna arrangement and of the first antenna arrangement can lead to constructive as well as to destructive overlays. For destructive overlays, it may be necessary to restore signal quality through a complicated process.

Größere Abstände von Antennen können zu stärkeren Überlagerungen führen. Larger distances from antennas can lead to stronger overlays.

Durch möglichst geringe Überlagerungen von Strahlungsfeldern kann eine Verschlechterung der Signalqualität reduziert werden. By minimizing the superimposition of radiation fields, a deterioration of the signal quality can be reduced.

Weiterhin kann durch eine Abdeckung des Blindbereiches der ersten Antennenanordnung ein omnidirektionales Richtdiagramm erzeugt werden. Mit anderen Worten kann das Antennensystem die Signale in allen Richtungen senden und/oder empfangen.Furthermore, an omnidirectional directional diagram can be generated by covering the blind area of the first antenna arrangement. In other words, the antenna system can transmit and / or receive the signals in all directions.

Für den Fall, dass die Richtantennenanordnung zwei oder mehrere Richtantennen aufweist, sollten die Strahlungsfelder der Richtantennen den gesamten Blindbereich der ersten Antennenanordnung abdecken, und auf der anderen Seite die Überlagerungen der Strahlungsfelder der Richtantennen möglichst gering sein. Somit kann ein möglichst störungsfreies Signal empfangen werden.In the event that the directional antenna array has two or more directional antennas, the radiation fields of the directional antennas should cover the entire blind area of the first antenna array, and on the other hand, the superimpositions of the radiation fields of the directional antennas should be as low as possible. Thus, a possible interference-free signal can be received.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Antennensystem einen Kombinator zum Zusammenfügen der Signale auf, die von der ersten Antennenanordnung und der Richtantennenanordnung empfangen wurden, wobei der Kombinator direkt mit der ersten Antennenanordnung und der Richtantennenanordnung verbunden ist.According to an exemplary embodiment of the invention, the antenna system comprises a combiner for combining the signals received from the first antenna array and the directional antenna array, the combiner being directly connected to the first antenna array and the directional antenna array.

Der Kombinator wird zum Zusammenführen (Kombinieren) der von der Richtantennenanordnung und der ersten Antennenanordnung empfangenen Signale gleicher Frequenz zu einem stärkeren Signal verwendet. Zur Kombination der Signale ist die Verwendung von Phasenschiebern nicht erforderlich. Die Phasenschieber werden zum Verzögern von einer Antenne empfangenen Signalen bezüglich der von einer anderen Antenne empfangenen Signale verwendet, sodass die Wahrscheinlichkeit einer destruktiven Interferenz zwischen den Signalen von den beiden Antennen erheblich reduziert werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn beispielsweise mehrere Antennen in einem Fahrzeug angeordnet sind, insbesondere wenn diese Antennen nahe beieinander liegen. Die Verwendung von Phasenschiebern erhöht jedoch die Komplexität des Antennensystems sowie dessen Kosten. The combiner is used for combining (combining) the same frequency signals received from the directional antenna array and the first antenna array into a stronger signal. The combination of signals does not require the use of phase shifters. The phase shifters are used to delay signals received by one antenna relative to the signals received from another antenna, so that the likelihood of destructive interference between the signals from the two antennas can be significantly reduced. This applies in particular if, for example, a plurality of antennas are arranged in a vehicle, in particular if these antennas are located close to one another. However, the use of phase shifters increases the complexity of the antenna system and its cost.

Auch andere Maßnahmen zur Wiederherstellung der durch Interferenz reduzierten Signalqualität sind nicht erforderlich. Beispiele hierfür sind Maximum-Ratio-Combining, bei dem die von beiden Antennenanordnungen empfangenen Signale gewichtet mittels analoger oder digitaler Signalverarbeitung addiert werden, oder Schalt-Diversity, bei dem die Antennenanordnung mit der größeren Empfangsleistung genutzt wird. Other measures to restore interference-reduced signal quality are not required. Examples of this are maximum ratio combining, in which the signals received by both antenna arrangements are weighted by means of analog or digital signal processing, or switching diversity, in which the antenna arrangement with the greater reception power is used.

Dadurch wird eine Reduktion der Komplexität des Antennensystems für zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug- oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation ermöglicht. Weiterhin kann ein omnidirektionales Richtdiagramm durch eine Kombination der von beiden Antennenanordnungen empfangenen Signale erzeugt werden.This allows a reduction in the complexity of the antenna system for vehicle-to-vehicle or vehicle-to-infrastructure communication. Furthermore, an omnidirectional directional pattern can be generated by a combination of the signals received from both antenna arrays.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung nutzt das Antennensystem einen einzigen Empfänger in Form eines Einkanal-Empfängers.According to an exemplary embodiment of the invention, the antenna system uses a single receiver in the form of a single-channel receiver.

Ein Zweikanal-Diversity-Empfänger ist nicht erforderlich. Mit dem einfach aufgebauten Einkanal-Empfänger wird eine Reduktion der Komplexität sowie eine Kostensenkung des Antennensystems ermöglicht.A two-channel diversity receiver is not required. The simple single-channel receiver reduces complexity and reduces the cost of the antenna system.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antennenanordnung und die Richtantennenanordnung für eine Frequenz zwischen 0,5 GHz und 11 GHz, insbesondere von 5,9 GHz, ausgelegt. According to an exemplary embodiment of the invention, the first antenna arrangement and the directional antenna arrangement are designed for a frequency between 0.5 GHz and 11 GHz, in particular 5.9 GHz.

Dieser Frequenzbereich ist für den Mobilfunk freigegeben und wird bereits heute von Fahrzeugen genutzt, z.B. für Navigationssysteme und drahtlose Netzwerke. Für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation ist eine Frequenz von beispielsweise 5,9 GHz vorgesehen, welche dem Frequenzband des Automotive-WLAN(Wireless Local Area Network)-Systems entspricht. Auch kann das Antennensystem für einen anderen Frequenzbereich ausgeführt sein, z.B. den LTE(Long Term Evolution)-Mobilfunk-Frequenzbereich, der zwischen 800 MHz und 2,6 GHz liegt. This frequency range is released for mobile communications and is already being used by vehicles, eg for navigation systems and wireless networks. For the vehicle-to-vehicle or vehicle-to-infrastructure communication, for example, a frequency of 5.9 GHz is provided, which corresponds to the frequency band of the Automotive Wireless Local Area Network (WLAN) system. Also, the antenna system may be designed for a different frequency range, eg the LTE (Long Term Evolution) mobile radio frequency range, which is between 800 MHz and 2.6 GHz.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Antennenanordnung einen Abstand zur Richtantennenanordnung auf, der größer als ein Zehnfaches der Wellenlänge der Signale ist, welche von dem Antennensystem zu senden sind.According to an exemplary embodiment of the invention, the first antenna arrangement is at a distance from the directional antenna arrangement which is greater than ten times the wavelength of the signals to be transmitted by the antenna system.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste Antennenanordnung eine Rundstrahlantenne.According to an exemplary embodiment of the invention, the first antenna arrangement is an omnidirectional antenna.

Gemäß der Erfindung ist ein Fahrzeug angegeben, welches ein vorstehend und im Folgenden beschriebenes diversifiziertes Antennensystem aufweist.According to the invention, there is provided a vehicle having a diversified antenna system described above and hereinafter.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antennenanordnung und die Richtantennenanordnung im Fahrzeug und/oder außerhalb am Fahrzeug angeordnet.According to an exemplary embodiment of the invention, the first antenna arrangement and the directional antenna arrangement are arranged in the vehicle and / or outside on the vehicle.

Die Anbringung der ersten Antennenanordnung kann beispielsweise je nach Designvorgaben und aerodynamischen Überlegungen bei der Gestaltung des Fahrzeuges im Fahrzeug und/oder außerhalb am Fahrzeug erfolgen, beispielsweise auf dem Dach, auf oder in einer Front- oder Heckscheibe, in der Frontschürze, in einem Stoßfänger, in der Heckklappe, in den Außenspiegeln oder in den Leuchten eines Fahrzeugs. Die Richtantennenanordnung ist zum Senden und/oder Empfangen der sich im Blindbereich der ersten Antennenanordnung befindenden Signale ebenfalls im Fahrzeug und/oder außerhalb am Fahrzeug angeordnet. Ist die erste Antennenanordnung beispielsweise auf dem Dach oder in der Heckscheibe eines Fahrzeugs angeordnet, kann die Richtantennenanordnung im Innenspiegel, in den Außenspiegeln oder in der Frontschürze angeordnet werden. Die Anordnung der Antennen sollte zu einer omnidirektionalen, 360° überdeckenden Abstrahlcharakteristik als auch zu einer Reduzierung der Überlagerung der Strahlfelder von beiden Antennenanordnungen führen.The attachment of the first antenna arrangement can take place, for example, depending on the design specifications and aerodynamic considerations in the design of the vehicle in the vehicle and / or outside the vehicle, for example on the roof, on or in a front or rear window, in the front apron, in a bumper, in the tailgate, in the exterior mirrors or in the lights of a vehicle. The directional antenna arrangement is also arranged in the vehicle and / or outside the vehicle for transmitting and / or receiving the signals located in the blind area of the first antenna arrangement. If the first antenna arrangement is arranged, for example, on the roof or in the rear window of a vehicle, the directional antenna arrangement can be arranged in the interior mirror, in the exterior mirrors or in the front apron. The arrangement of the antennas should lead to an omnidirectional, 360 ° covering radiation characteristic as well as to a reduction of the superposition of the beam fields of both antenna arrangements.

Gemäß der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder Fahrzeugen und Infrastrukturen angegeben, welches die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines omnidirektionalen Richtdiagramms durch eine Kombination des Richtdiagramms einer ersten Antennenanordnung mit dem Richtdiagramm einer Richtantennenanordnung eines Fahrzeugs oder einer Infrastruktur, wobei der Sende- und/oder Empfangsbereich der Richtantennenanordnung im Wesentlichen einer Größe des Blindbereiches der ersten Antennenanordnung entspricht, und wobei die erste Antennenanordnung einen Abstand zur Richtantennenanordnung aufweist, der um ein Vielfaches größer ist als die Wellenlänge der Signale, welche von dem Antennensystem zu senden sind.According to the invention, there is further provided a method for communication between vehicles or vehicles and infrastructures, comprising the following steps: generating an omnidirectional directional diagram by a combination of the directional diagram of a first antenna arrangement with the directional diagram of a directional antenna arrangement of a vehicle or an infrastructure, wherein the transmission and / or receiving area of the directional antenna array is substantially equal to a size of the dummy area of the first antenna array, and wherein the first antenna array is spaced from the directional antenna array by a multiple greater than the wavelength of the signals to be transmitted by the antenna system.

Es wird angemerkt, dass sich die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen auf das Antennensystem, das Fahrzeug und das Verfahren beziehen.It is noted that the embodiments of the invention described below relate equally to the antenna system, the vehicle and the method.

Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.Of course, the individual features can also be combined with each other, which can also be partially beneficial effects that go beyond the sum of the individual effects.

Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht. These and other aspects of the present invention are illustrated and clarified by reference to the exemplary embodiments hereinafter described.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.Exemplary embodiments will be described below with reference to the following drawings.

1 zeigt eine Anordnung der ersten Antennenanordnung und der Richtantennenanordnung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows an arrangement of the first antenna arrangement and the directional antenna arrangement in a vehicle according to an embodiment of the invention.

2A und 2B zeigen zwei Richtdiagramme einer Kombination von zwei Rundstrahlantennen. 2A and 2 B show two directional diagrams of a combination of two omnidirectional antennas.

3A und 3B zeigen eine Kombination zweier Richtdiagramme einer Kombination einer Rundstrahlantenne und einer Richtantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3A and 3B show a combination of two directional diagrams of a combination of an omnidirectional antenna and a directional antenna according to an embodiment of the present invention.

4 zeigt einen Empfangsweg für ein diversifiziertes Antennensystem mit zwei Rundstrahlantennen. 4 shows a reception path for a diversified antenna system with two omnidirectional antennas.

5 zeigt einen Empfangsweg für ein Antennensystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten Antennenanordnung und einer Richtantennenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 shows a receiving path for an antenna system according to an exemplary embodiment of the invention with a first antenna array and a directional antenna array according to an embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

1 zeigt eine Anordnung einer ersten Antennenanordnung 105 und einer Richtantennenanordnung 107, 108, 109, 110 an einem Fahrzeug 100. Zusätzlich zu anderen Fahrzeugen kann das Fahrzeug 100 beispielweise mit einer Infrastruktur 200 kommunizieren. Die erste Antennenanordnung, beispielsweise eine Rundstrahlantenne, ist im hinteren Dachbereich 101, auch als Position 1 bezeichnet, des Fahrzeugs angeordnet. In einem Blindbereich 106 kann die erste Antennenanordnung das Signal beispielsweise durch die Geometrie des Fahrzeugs nicht oder nur unzureichend empfangen. Der Blindbereich 106 ist durch den Winkel α angegeben. Beispielsweise kann der Winkel α des Blindbereiches 60° oder 90° betragen. Die Richtantennenanordnung kann beispielsweise als Kühlergrillantenne 107 in der Frontschürze 102, Rückspiegelantenne 108 im Rückspiegel 108, oder Seitenspiegelantennen 109, 110 in den Außenspiegeln 103, 104 des Fahrzeugs 100 ausgeführt sein. Diese Anordnungspunkte der Richtantennenanordnung werden jeweils auch als Positionen 2, 3, 4 und 5 bezeichnet. Die Anordnungspunkte der Richtantennenanordnung können je nach der Zahl der Richtantennen unterschiedlich sein. Wenn zum Beispiel die Richtantennenanordnung eine einzelne Richtantenne aufweist, kann die Richtantenne als Rückspiegelantenne 108 im Rückspiegel oder als Kühlergrillantenne 107 in der Frontschürze 102 des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Wenn die Richtantennenanordnung zwei Richtantennen aufweist, können die beiden Richtantennen als Seitenspiegelantennen 109, 110 in den Außenspiegeln 103 und 104 angeordnet sein. Dabei ist die Richtantennenanordnung derart ausgeführt, dass das Strahlungsfeld der Richtantennenanordnung den Blindbereich 106 unter dem Winkel α abdeckt. 1 shows an arrangement of a first antenna arrangement 105 and a directional antenna array 107 . 108 . 109 . 110 on a vehicle 100 , In addition to other vehicles, the vehicle 100 for example with an infrastructure 200 communicate. The first antenna arrangement, for example an omnidirectional antenna, is in the rear roof area 101 , also referred to as position 1, of the vehicle. In a blind area 106 For example, the first antenna arrangement can not or only insufficiently receive the signal due to the geometry of the vehicle. The blind area 106 is indicated by the angle α. For example, the angle α of the blind area may be 60 ° or 90 °. The directional antenna arrangement can be used, for example, as a grille antenna 107 in the front apron 102 , Rearview mirror antenna 108 in the rearview mirror 108 , or side mirror antennas 109 . 110 in the exterior mirrors 103 . 104 of the vehicle 100 be executed. These arrangement points of the directional antenna arrangement are also referred to as positions 2, 3, 4 and 5 respectively. The arrangement points of the directional antenna arrangement may vary depending on the number of directional antennas. For example, if the directional antenna array has a single directional antenna, the directional antenna may be used as a rearview mirror antenna 108 in the rearview mirror or as a grille antenna 107 in the front apron 102 of the vehicle 100 be arranged. If the directional antenna arrangement has two directional antennas, the two directional antennas can be used as side mirrors 109 . 110 in the exterior mirrors 103 and 104 be arranged. In this case, the directional antenna arrangement is embodied such that the radiation field of the directional antenna arrangement forms the blind area 106 covering at the angle α.

2A und 2B zeigen zwei Richtdiagramme einer Kombination der zwei Rundstrahlantennen. Eine erste Rundstrahlantenne ist im hinteren Dachbereich des Fahrzeugs angeordnet. Eine zweite Rundstrahlantenne ist zum Senden und/oder Empfangen aus dem Blindbereich der ersten Rundstrahlantenne in der Frontschürze des Fahrzeugs mit einem Abstand von 2 Metern von der ersten Rundstrahlantenne angeordnet. Beide Antennen arbeiten im Frequenzbereich um 5,9 GHz. 2A and 2 B show two directional diagrams of a combination of the two omnidirectional antennas. A first omnidirectional antenna is arranged in the rear roof area of the vehicle. A second omnidirectional antenna is arranged to transmit and / or receive from the blind area of the first omnidirectional antenna in the front apron of the vehicle at a distance of 2 meters from the first omnidirectional antenna. Both antennas work in the frequency range around 5.9 GHz.

Die Überlagerung der Strahlungsfelder von beiden Rundstrahlantennen führen zu einer Vielzahl von Nebenkeulen und zwei schmalen Hauptkeulen mit Ausrichtungen jeweils auf 0° nach vorne und auf 180° nach hinten. Die in mehreren Winkelbereichen erfolgenden destruktiven Überlagerungen der Strahlungsfelder führen ferner zu Signalverlust bis zur Komplettauslöschung. Mit anderen Worten kann das Antennensystem die Signale in diesen Richtungen nicht oder nur mit stark reduzierter Signalstärke empfangen. Dies liegt unter anderem daran, dass eine Rundstrahlantenne gleichmäßig in alle Richtungen innerhalb einer Ebene abstrahlt, sodass eine starke Interferenz, insbesondere in den Winkelbereichen 10° bis 170° und –170° bis –10°, auftritt. Mit anderen Worten hat die Installation der zweiten Rundstrahlantenne das Abstrahl- und Empfangsverfahren der ersten Rundstrahlantenne negativ beeinflusst. Eine direkte Kombination der von beiden Rundstrahlantennen in diesen Winkelbereichen empfangenen Signale führt zu einer Verschlechterung der Signalqualität. Eine Lösung dieses Problems ist der Einsatz eines komplizierten Verfahrens zum Senden und Empfangen von Signalen. Dies erhöht jedoch die Komplexität des Fahrzeugantennensystems. The superimposition of the radiation fields from both omnidirectional antennas leads to a multiplicity of side lobes and two narrow main lobes with orientations respectively at 0 ° forwards and at 180 ° towards the rear. The destructive superimpositions of the radiation fields, which take place in several angular ranges, furthermore lead to signal loss until complete extinction. In other words, the antenna system can not receive the signals in these directions or only with greatly reduced signal strength. Among other things, this is due to the fact that an omnidirectional antenna radiates uniformly in all directions within a plane, so that a strong interference, in particular in the angular ranges 10 ° to 170 ° and -170 ° to -10 °, occurs. In other words, the installation of the second omnidirectional antenna has adversely affected the emission and reception of the first omnidirectional antenna. A direct combination of the signals received by both omnidirectional antennas in these angular ranges leads to a deterioration of the signal quality. One solution to this problem is the use of a complicated method of transmitting and receiving signals. However, this increases the complexity of the vehicle antenna system.

3A und 3B zeigen zwei Richtdiagramme durch Kombination einer Rundstrahlantenne und einer Richtantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Rundstrahlantenne, d.h. eine erste Antennenanordnung, ist wie in 1 dargestellt im hinteren Dachbereich 101 des Fahrzeugs 100, d.h. in der Position 1, angeordnet. Die Rundstrahlantenne weist einen Blindbereich 106, also einen Blindwinkelbereich α, von etwa 70 ° auf. Dazu ist eine Richtantenne, d.h. eine Richtantennenanordnung, in der Frontschürze 102, d. h. in der Position 2, mit einem Abstand von 2 Metern von der Rundstrahlantenne angeordnet. Beide Antennen arbeiten im Frequenzbereich um 5,9 GHz. 3A and 3B show two directional diagrams by combining an omnidirectional antenna and a directional antenna according to an embodiment of the present invention. An omnidirectional antenna, ie a first antenna arrangement, is as in FIG 1 shown in the rear roof area 101 of the vehicle 100 , ie in the position 1, arranged. The omnidirectional antenna has a blind area 106 , ie a blind angle range α, of about 70 °. For this purpose, a directional antenna, ie a directional antenna assembly, in the front apron 102 , ie in position 2, at a distance of 2 meters from the omnidirectional antenna. Both antennas work in the frequency range around 5.9 GHz.

Die Richtantenne strahlt im Wesentlichen nach vorne, mit einem Öffnungswinkel von etwa 40°. Auf diese Weise erfolgt die Überlagerung der von der Richtantenne und der Rundstrahlantenne ausgestrahlten Signale und/oder empfangenen Signale lediglich in zwei Winkelbereichen zwischen –40° und –30° und zwischen 30° und 40°. Bezugnehmend auf 1 erfolgt die Überlagerung an den Randbereichen des Blindwinkelbereichs 106 der Rundstrahlantenne, wobei die Ränder des Blindwinkelbereichs 106 durch Strichlinien angedeutet sind. Weiterhin wird ein Mindestgewinn von –15 dBi erreicht. Eine direkte Kombination der von der Rundstrahlantenne und von der Richtantenne empfangenen Signale hat keine bzw. geringe Wirkung auf die Signalqualität, außer in den Winkelbereichen –40° bis –30° und 30° bis 40°. Diese Winkelbereiche können jedoch durch die Verwendung einer Richtantenne mit einem schmalen Öffnungswinkel verkleinert werden. Es ist zudem möglich, dass die Überlagerungswinkelbereiche durch die Anordnung der Antennen in den Bereichen erfolgen, in denen die Leistungsabfälle toleriert werden können. The directional antenna radiates essentially forward, with an opening angle of about 40 °. In this way, the superimposition of the signals emitted by the directional antenna and the omnidirectional antenna and / or received signals takes place only in two angular ranges between -40 ° and -30 ° and between 30 ° and 40 °. Referring to 1 the superposition takes place at the edge areas of the blind angle range 106 the omnidirectional antenna, wherein the edges of the blind angle range 106 indicated by dashed lines. Furthermore, a minimum gain of -15 dBi is achieved. A direct combination of the signals received from the omnidirectional antenna and the directional antenna has no or little effect on signal quality, except in the -40 ° to -30 ° and 30 ° to 40 ° angular ranges. However, these angular ranges can be reduced by using a directional antenna with a narrow opening angle. It is also possible that the overlapping angle ranges are achieved by the arrangement of the antennas in the areas in which the power drops can be tolerated.

Ferner ist es möglich, den Blindbereich der ersten Antennenanordnung durch zwei Richtantennen als Richtantennenanordnung abzudecken. In diesem Fall kann jede der beiden Richtantennen beispielsweise in jeweils einen der zwei Außenspiegel integriert werden. Beide Richtantennen decken unterschiedliche, nicht überlappende Winkelbereiche ab. Die Vorzugsrichtungen und Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristika der beiden Richtantennen können so gewählt werden, dass der Blindbereich der ersten Antennenanordnung abgedeckt wird. Further, it is possible to cover the dummy area of the first antenna array by two directional antennas as a directional antenna array. In this case, each of the two directional antennas, for example, in each one of the two exterior mirrors are integrated. Both directional antennas cover different non-overlapping angle ranges. The preferred directions and emission characteristics of the two directional antennas may be selected to cover the blind area of the first antenna array.

4 zeigt einen Empfangsweg für ein diversifiziertes Antennensystem 401 mit zwei Rundstrahlantennen 402, 403. Das Antennensystem 401 weist zwei Phasenschieber 404, 405, einen Kombinator 406 und eine Sende- und Empfangseinrichtung 407 auf. Der Kombinator 406 fügt mehrere schwächere Signale gleicher Frequenz zu einem stärkeren Signal zusammen. Die Phasenschieber 404, 405 werden zum Verzögern von einer Antenne empfangenen Signalen bezüglich der von der anderen Antenne empfangenen Signalen verwendet, sodass die Wahrscheinlichkeit einer destruktiven Interferenz zwischen den Signalen von den beiden Antennen erheblich reduziert wird. Die verzögerten und nicht verzögerten Signale werden durch den Kombinator 406 kombiniert, um ein möglichst störungsfreies Signal zu erzeugen. Die Kombination von 404, 405, 406 und 407 kann auch in Form eines integrierten Diversity-Empfängers als Zweikanal-Empfänger ausgeführt werden. Wie in 2 dargestellt, erfolgen starke destruktive Überlagerungen in einer Vielzahl von Winkelbereichen. Um die Signalqualität wieder herzustellen, ist die Verwendung von Phasenschiebern sowie Zweikanal-Diversity-Empfängern erforderlich. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere Rundstrahlantennen räumlich nah beieinander liegen, wie z.B. bei einem Fahrzeug. 4 shows a reception path for a diversified antenna system 401 with two omnidirectional antennas 402 . 403 , The antenna system 401 has two phase shifters 404 . 405 , a combiner 406 and a transmitting and receiving device 407 on. The combinator 406 Merges several weaker signals of the same frequency together to form a stronger signal. The phase shifters 404 . 405 are used to delay signals received from one antenna with respect to the signals received by the other antenna, thus significantly reducing the likelihood of destructive interference between the signals from the two antennas. The delayed and non-delayed signals are passed through the combiner 406 combined to produce a signal that is as trouble-free as possible. The combination of 404 . 405 . 406 and 407 can also be implemented in the form of an integrated diversity receiver as a two-channel receiver. As in 2 shown, done strong destructive overlays in a variety of angular ranges. To restore signal quality, the use of phase shifters and dual channel diversity receivers is required. This is especially true when several omnidirectional antennas are spatially close to each other, such as in a vehicle.

5 zeigt einen Empfangsweg für ein Antennensystem 501 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten Antennenanordnung 502 und einer Richtantennenanordnung 503. Das Antennensystem weist einen Kombinator 506 und eine Sende- und Empfangseinrichtung 507 auf. Die Sende- und Empfangseinrichtung 507 weist einen Einkanal-Empfänger auf. Die von der ersten Antennenanordnung 502 und der Richtantennenanordnung 503 empfangenen Signale werden auf einfache Weise durch einen Kombinator 506 kombiniert, ohne Verwendung von Phasenschiebern 404, 405. Das liegt unter anderem daran, dass die Interferenz der Strahlungsfelder von beiden Antennenanordnungen, wie in 3 dargestellt, durch die Richtantennenanordnung 503 reduziert wird. In den Überlagerungswinkelbereichen kann die Signalstörung durch die Verwendung einer Richtantenne mit einem entsprechend schmalen Öffnungswinkel minimiert werden. Es ist zudem möglich, dass die Überlagerungswinkelbereiche durch die Anordnung der Antennen in den Bereichen erfolgen, in denen die Leistungsabfälle toleriert werden können. 5 shows a reception path for an antenna system 501 according to an exemplary embodiment of the invention with a first antenna arrangement 502 and a directional antenna array 503 , The antenna system has a combiner 506 and a transmitting and receiving device 507 on. The transmitting and receiving device 507 has a single-channel receiver. That of the first antenna arrangement 502 and the directional antenna array 503 received signals are easily through a combiner 506 combined, without the use of phase shifters 404 . 405 , This is partly because the interference of the radiation fields from both antenna arrangements, as in 3 represented by the directional antenna array 503 is reduced. In the overlapping angle ranges, the signal disturbance can be minimized by using a directional antenna with a correspondingly narrow aperture angle. It is also possible that the overlapping angle ranges are achieved by the arrangement of the antennas in the areas in which the power drops can be tolerated.

Es sei angemerkt, dass die Begriffe „aufweisend“ und „umfassend“ keine weiteren Elemente oder Verfahrensschritte ausschließen, ebenso wie die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht mehrere Elemente und Schritte ausschließen.It should be noted that the terms "comprising" and "comprising" do not exclude other elements or method steps, just as the terms "a" and "an" do not exclude multiple elements and steps.

Die in den Ansprüchen verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erleichterung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend angesehen werden. The reference numerals used in the claims are for convenience of reference only and are not to be considered as limiting.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Fahrzeug vehicle
101101: Dachbereich roof
102102: Frontschürze front apron
103103: Außenspiegel rechts Outside mirror right
104104: Außenspiegel links Outside mirror left
105105: Dachantenne roof antenna
106106: Blindbereich blind zone
107107: Kühlergrillantenne grille antenna
108108: Rückspiegelantenne Rearview mirror antenna
109109: Außenspiegelantenne links Exterior mirror antenna on the left
110110: Außenspiegelantenne rechts Exterior mirror antenna right
111111: Abstand distance
112112: Sende- /Empfangsbereich Transmit / receive range
200200: Infrastruktur infrastructure
301301: Richtdiagramm einer Kombination der Rundstrahlantenne und Directional diagram of a combination of the omnidirectional antenna and
derof the: Richtantenne directional antenna
302302: Richtdiagramm der Rundstrahlantenne Directional diagram of the omnidirectional antenna
303303: Richtdiagramm der Richtantenne Directional diagram of the directional antenna
401401: Antennensystem antenna system
402402: erste Rundstrahlantenne first omnidirectional antenna
403403: zweite Rundstrahlantenne second omnidirectional antenna
404404: erster Phasenschieber first phase shifter
405405: zweiter Phasenschieber second phase shifter
406406: Kombinator combiner
407407: Sende- und Empfangseinrichtung Transmitting and receiving device
408408: digitale Daten digital data
501501: diversifiziertes Antennensystem diversified antenna system
502502: erste Antennenanordnung first antenna arrangement
503503: Richtantennenanordnung Directional antenna array
506506: Kombinator combiner
507507: Sende- und Empfangseinrichtung Transmitting and receiving device
508508: digitale Daten digital data

Claims

Diversified antenna system ( 501 ) for vehicle-to-infrastructure or vehicle-to-vehicle communication, comprising: a first antenna arrangement ( 502 ) for transmitting and / or receiving signals, a directional antenna arrangement ( 503 ) wherein the first antenna arrangement has a blind area ( 106 ), from which it can not receive a signal, and wherein the directional antenna arrangement is designed for transmitting and / or receiving signals from the dummy area of the first antenna arrangement.

An antenna system according to claim 1, wherein the first antenna arrangement is a distance ( 111 ) to the directional antenna array which is greater than a multiple of the wavelength of the signals to be transmitted and / or received by the antenna system.

Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the directional antenna arrangement comprises a transmitting and / or receiving area ( 112 ), wherein the transmission and / or reception range ( 112 ) of the directional antenna arrangement ( 503 ) substantially a size of the blind area ( 106 ) of the first antenna arrangement ( 502 ) and a combination of the guideline ( 302 ) of the first antenna arrangement with the directional diagram ( 303 ) of the directional antenna array an omnidirectional radiation pattern ( 301 ).

An antenna system according to any one of the preceding claims, further comprising: a combiner ( 506 ) for assembling the signals received from the first antenna array ( 502 ) and the directional antenna arrangement ( 503 ) are received; wherein the combiner is directly connected to the first antenna array ( 502 ) and the directional antenna arrangement ( 503 ) connected is.

Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the antenna system ( 501 ) uses a single single-channel receiver.

Antenna system according to claim 1, wherein the first antenna arrangement ( 502 ) and the directional antenna arrangement ( 503 ) are designed for a frequency between 0.5 GHz and 11 GHz, in particular of 5.9 GHz.

Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the first antenna arrangement is a distance ( 111 ) to the directional antenna arrangement which is greater than ten times the wavelength of the signals to be transmitted by the antenna system.

An antenna system according to any one of the preceding claims, wherein the first antenna arrangement is an omnidirectional antenna.

Vehicle ( 100 ), comprising: an antenna system ( 501 ) according to one of claims 1 to 8.

Vehicle according to claim 9, wherein the first antenna arrangement ( 502 ) and the directional antenna arrangement ( 503 ) in the vehicle and / or outside the vehicle ( 100 ) are arranged.

Method for communication between vehicles or vehicles and infrastructures, comprising: generating an omnidirectional directional diagram ( 301 ) by a combination of the guideline ( 302 ) of a first antenna arrangement ( 502 ) with the directional diagram ( 303 ) of a directional antenna arrangement ( 503 ) of a vehicle ( 100 ) or an infrastructure ( 200 ), wherein the transmission and / or reception range ( 112 ) of the directional antenna array substantially a size of a blind area ( 106 ) corresponds to the first antenna arrangement.